光纤光栅振动传感信号解调技术的研究

研究了一种基于掺Er超荧光光源(EDSFS)的滤波解调方法,分析了光源的输出功率谱形状。利用光谱中光功率密度与波长的线性关系,实现了光纤光栅传感信号的动态解调。建立振动测试系统,采用高精度差分变压器式位移传感器作为参考,对比讨论了两种传感器输出的时域波形和频谱。结果表明,在相同的条件下,二者的动态响应特性具有很好的一致性。由于系统的光源和解调部分合为一体,无机械调谐元件,很适合高速动态测量。     

基于SLED的光纤-珐珀非扫描相关解调系统光学特性分析与实验

为了提高光纤珐-珀非扫描式相关解调系统的解调速度,本文提出了基于SLED(超辐射发光二极管)的高速光纤珐-珀非扫描式相关解调系统,分析了SLED光源带宽和中心波长对系统输出信号的影响,理论分析表明:当SLED光源的中心波长为830nm,带宽为60nm时,系统信号具有很好的解调特性,验证了基于SLED光源的非扫描式相关解调系统的可行性。实验结果表明:SLED光源能够很好的实现光纤珐珀传感器的高速解调,解调速度能够达到1.5kHz,系统的解调稳定性达到±4.5nm。     

干涉可见度波动对PGC解调传感器结果的影响分析

干涉型光纤传感器在军用探测、航空航天等许多领域都有广泛的应用前景。直接调制光源频率(Frequency Modulation,FM)的相位生成载波(Phase Generated Carrier demodulation,PGC)PGC解调方法干涉型光纤系统的重要解调方式解调方法是干涉型光纤传感系统的重要解调方法。本文从解调结果的线性度和谐波抑制比(Harmonic Suppression Ratio,HSR)两方面分析了干涉可见度波动率对的的影响。分析结果表明随着干涉可见度波动的增大,解调结果线性度变差,解调结果HSR(Harmonic Suppression Ratio)降低。当解调信号幅度为1rad,光源伴生调幅为0.1,光频调制深度为2.63时,如果系统容忍线性度误差不超过1%,则可见度波动应控制在±8%;如果保证系统解调结果HSR不低于50dB,则可见度波动应控制在±9%。     

超弱反射光栅准分布式光纤传感系统研究

采用波长可调谐光源与光时域反射技术(OTDR)结合的方案,通过对光脉冲调制技术和光电转换电路的优化,实现了一种对超弱全同反射光纤光栅的准分布式解调系统。实验中,20个中心波长相近的超弱反射光栅间隔2m放置于约5.8km长的光纤尾端,该解调系统成功实现了对这些反射率仅为0.01%的超弱反射光栅高信噪比的解调与定位,并且测得的光纤布拉格光栅(FBG)中心波长随温度变化的线性度达到99.7%以上。     

基于直接相位解调的双光纤法布里-珀罗位移传感器

条纹计数法解调精度受限,而常用的高精度外差调频解调法(如相位生成载波法、线性调频法),在光源调频过程中伴生有幅度调制并且调制解调系统复杂。提出了一种基于双光纤光路相位解调的法布里-珀罗(F-P)位移传感器,原理上省去了光源调频过程,在提高检测精度的同时,成本与条纹计数法相当。与已有报道的双光路结构不同的是,该传感器对两干涉光路之间相位差无严格要求,安装调节简单,降低了传感器的工艺难度。位移测量实验结果表明,该传感器在0～500μm的测量范围内,线性度为1.1%,误差限值为±3μm。     

基于级连WDM光纤耦合器的光纤光栅解调技术研究

提出并研制了一种级连WDM光纤耦合器的光纤光栅解调技术.静态和动态应力解调实验结果表明,相比于单级WDM耦合器的解凋方案,级连WDM耦合器解调系统的分辨率提高两倍且具有5nm的线性解调范围.该解调方案具有线性度好、信号处理简单、响应速度快等优点.     

高分辨率光纤光栅温度传感器的研究

报道了一种具有高分辨率和高效且价廉的解调系统的光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器.提出了光纤光栅的金属槽封装技术,以提高传感光栅的温度灵敏性.研究了金属槽封装光栅的温度灵敏性,理论分析和实验结果表明,封装光栅的温度灵敏系数比普通裸光栅提高了3.6倍.系统利用一长周期光栅(LPG)作为线性滤波器,宽带光源经此长周期光栅调制后入射到传感光栅,可解调布拉格传感光栅的波长位移.理论分析与实验结果一致,系统可达到的温度分辨率为0.02℃.     

一种基于ASE光源的边缘滤波解调技术的研究

研究了一种利用放大自发辐射(ASE)光源线性段做边缘滤波器进行光纤Bragg光栅(FBG)解调的新方法,可实现在传感波长变化3 nm范围内的波长解调。系统采用了全光纤结构,无需机械部件调谐,提高了光纤传感系统的解调速度及稳定性,具有反应迅速快、性能价格比高等优点,应变测量范围可达2 500με。     

一种光纤Bragg光栅传感器解调系统的实验研究

实验研究了基于可调谐光纤激光扫描的光纤Bragg光栅（FBG）传感器解调技术。系统由可调谐光纤F—P（TFFP）滤波器、掺Er光纤放大器（EDFA）、隔离器和耦合器组成可调谐激光光源,根据光电探测器输出波形、驱动电压与应变问关系实现了应变解调。分析了影响系统解调精度的原因,并做了相应的改进。实验测得,应变与TFFP驱动电压间的线性度达到0．998,且能达到1．26μstrain的高应变分辨率。     

一种消除伴生调幅的光源调频型相位生成载波解调方法

为了克服伴生调幅对光源调频型相位生成载波(PGC)解调方法的影响,提出一种基于双路干涉信号和微分-交叉相乘(DCM,differential-cross multiply)的PGC解调方法.通过3×2耦合器引入双路干涉信号,直接调制光源频率获得相位载波.实验结果表明,新方法较好地消除了光源伴生调幅的影响.对于4 rad...     

高精度准分布式光纤光栅传感系统的研究

利用一个经过温度补偿封装的长周期光纤光栅解调系统中所有测量点的传感光栅的波长漂移,实现了实时、高效解调的准分布式测量.理论研究表明该系统适用于对温度、应变等参量的多布点准分布式测量.并以温度为例从实验上研究了高精度的准分布式光纤光栅传感系统.通过改善每个测量点的测量精度来提高整体系统的测量精度.利用金属槽对传感光纤布喇格光栅进行增温敏封装,使其温度灵敏系数比普通裸光栅提高了3.6倍,并利用经过温度增敏封装的光栅作为传感元件,在110℃(-50 ℃-60 ℃)的动态范围内实现了精度为0.04- ℃的多布点准分布式温度测量,理论分析与实验结果一致.     

切趾超短FBG中心波长解调实验研究

为提高光纤光栅传感器的测量范围和可靠性,本文采用单缝衍射方法实现了栅区长度小于1.5 mm,3 dB带宽大于1 nm,反射谱边缘有效线性区大于0.6 nm的切趾超短光纤光栅。并用其作为传感单元,提出了一种利用超短光纤光栅线性区域的中心波长解调方法。为了充分利用其反射光谱左右两侧的线性区,采用双波长激光的互补解调方法,将波长解调范围扩展到2.4 nm。实验结果表明,光功率与中心波长之间的线性度达到0.992。将测量值与实际值进行比较,两者具有较好的一致性.该方法具有结构简单、功耗小,测量空间分辨率高等潜在优势。     

具有温度补偿功能的双匹配FBG振动传感系统研究

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)振动传感系统的 解调灵敏度和解调范围,消除环境温度对解调信号的影响,设计了一种具有 温度补偿功能的双匹配FBG振动传感系统。系统采用两个中心波长对称地位于传 感FBG两侧的透射式匹配FBG,建立 了两个互补对称的传感通道,并利用差分原理实现振动传感。通过Matlab软件对系统性能进 行了仿真分析,结果表明,与传 统方法相比,本文方法有效地提高了系统解调灵敏度和解调范围。将匹配FBG与热电制冷器( TEC)集成封装,并建立温度补偿判断通道,当 判断通道输出电压超过已设置好的阈值时,利用TEC改变封装环境温度,使匹配FBG 与传感FBG中心波长重新匹配, 实现系统温度补偿。经实验测试,系统的归一化解调灵敏度为5.168/ nm,解调范围为1.2nm,判断通道的归一化阈值电压 为0.890。在4种不同环境温度下,利用本系统 对同一振动信号进行测量,实验结果验证了系统温度补偿的可行性。     

基于动态法布里-珀罗腔的光纤光栅温度传感

提出一种动态非本征法布里-珀罗(F-P)腔对波长的解调方法。利用压电陶瓷(PZT)构建的动态非本征F-P腔调制光纤布拉格光栅(FBG)反射光,理论分析得到调制光强随F-P腔的腔长改变呈类余弦变化。经数值模拟,当PZT在正弦电压驱动下,F-P腔调制输出的类余弦信号因FBG波长的变化产生了信号曲线的位移,且位移量与FBG波长的变化量呈线性关系,此关系可用于FBG波长的解调。通过动态F-P腔与光纤光栅构建的温度测量实验系统,对不同温度下的液体进行实验测试,在35℃～80℃温度变化范围内验证了液体温度变化量与类余弦信号的位移量呈线性关系,其线性拟合度达99.5%。     

FBG传感信号数字化可调谐F-P滤波器解调技术研究

为进一步提高光纤光栅(FBG)解调系统的性能,提出并实现了基于FPGA逻辑控制的可调谐F-P滤波(TFFP)FBG传感数字化解调系统.重点介绍基于TFFP解调技术的工作原理,并给出了此解调系统硬件设计的系统框图.解调实验结果表明,通过与光谱仪的测量数据比较,此解调系统达到了预期的目标,经标定后系统的分辨率达1 pm,动...     

参数估计误差对光纤水听器PGC反正切解调性能的影响

针对相位生成载波(PGC)方法用于实际光纤水听器解调系统时利用反正切算法解调时导致的失真,本文用同频相对幅度误差(RAE)以及谐波抑制比(HSR)分别表征解调系统线性和非线性失真。通过引入带有参数估计误差的反正切补偿模型,建立了上述失真与系统关键参数及其误差的定量的数学关系。仿真和实验验证了本文方法的正确性。     

光纤法珀传感器解调系统的设计

光纤法珀传感器具有测量精度高、动态范围大、可单端检测等优点。针对白光干涉型法珀传感器,设计了一种基于体光栅的光纤传感器解调系统。该系统采用高性能体光栅和线阵CCD阵列实现了光谱的采集,并结合高性能数据采集卡和PC机进行信号的处理和输出。测试结果表明该解调系统的温度测量精度在±1℃以上。     

基于Lab VIEW的FBG传感解调技术的研究

结合虚拟仪器技术和光纤光栅传感技术,自行设计了一套光纤光栅传感解调系统.系统采用了基于迈克尔逊干涉技术的解调方法,将包含被测应变信息的光纤布喇格光栅(FBG)波长信号转变成相位信号,通过以Lab VIEW为核心的虚拟仪器系统检测相位的变化,从而得到被测应变的大小.该干涉解调系统避开了传统解调系统受电磁干扰和环境等方面的影响,因此使测量精度提高.虚拟仪器系统可用于静态应变和动态应变的检测,具有高分辨力、大测量范围的特点.